馮 燕， 李鐘一, 陳麗莉, 丁 科, 張黨權(quán), 羅迎社*

(1.中南林業(yè)科技大學(xué)工程流變學(xué)湖南省重點實驗室 湖南 長沙 410004;2.中南林業(yè)科技大學(xué)林業(yè)生物技術(shù)湖南省重點實驗室 湖南 長沙 410004)

林下三葉草與百喜草的壓塊影響因素及營養(yǎng)價值對比

馮 燕1， 李鐘一1, 陳麗莉2, 丁 科1, 張黨權(quán)2, 羅迎社1*

(1.中南林業(yè)科技大學(xué)工程流變學(xué)湖南省重點實驗室 湖南 長沙 410004;2.中南林業(yè)科技大學(xué)林業(yè)生物技術(shù)湖南省重點實驗室 湖南 長沙 410004)

南方林下飼草作為一種新興林下經(jīng)濟(jì)模式，實現(xiàn)了資源和能源的合理利用和林業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。對林下飼草進(jìn)行干燥壓塊不僅適于保存、運(yùn)輸及商品化，也利于保證干草的品質(zhì)，提高林農(nóng)的經(jīng)濟(jì)收入。通過三葉草與百喜草的壓塊影響因素及其壓塊后營養(yǎng)價值對比研究，得出了三葉草最優(yōu)保壓時間為60～90s, 百喜草最佳保壓時間為80～100s；在飼養(yǎng)價值上三葉草優(yōu)于百喜草。

林下飼草； 壓塊； 影響因素； 營養(yǎng)價值

近年來，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和社會進(jìn)步，南方林下經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)取得了蓬勃的發(fā)展。如位于我國南部的廣西國有林場依靠大量的森林資源與廣闊的林地空間，大力發(fā)展林下經(jīng)濟(jì)，探索出了林下種植等多種林下經(jīng)濟(jì)的發(fā)展模式。2010年第三季度，廣西林下經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值達(dá)到145億元，經(jīng)濟(jì)總量和綜合效益領(lǐng)跑全國[1-4]。在林下種植飼草，不僅投入少、見效快，而且易于操作，使得林農(nóng)近期得利、長期得林，實現(xiàn)了以短養(yǎng)長、長短結(jié)合，更是破解了林業(yè)生產(chǎn)周期長與林農(nóng)投入有限的難題[5-6]。同時，林下飼草還可以改善土壤結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定土壤溫度，增加土壤微生物種類與數(shù)量并防止水土流失，使得林木生長更加旺盛，環(huán)境得到保護(hù)，實現(xiàn)了能源和資源的充分利用。

1 材料與方法

1.1實驗材料

1.1.1 飼草來源 在我國南方地區(qū)，常見林下飼草主要為白三葉(TrifoliumrepensL.)、黑麥草(LoliumperenneL.)、百喜草(Paspalumnatatu)、苜蓿(MedicagosativaLinn)、紫云英(Astragalussinicus)、蘇丹草(Sorghumsudanense(Piper)Stapf.)、玉米草(DracocephalummoldavicaL.)等。本課題組分別選用湖南寧鄉(xiāng)基地2014年6月刈割的棗樹(Zizyphusjujube)下套種的百喜草和湖南常德基地2014年9月刈割的樟樹(Cinnamomumcamphora(L.)Presl.)下套種的三葉草為實驗材料。

1.1.2 干草制備 新鮮飼草刈割后，應(yīng)及時進(jìn)行干燥。常見飼草干燥方法有自然干燥法和人工干燥法。自然干燥法包括自然通風(fēng)曬干和室內(nèi)通風(fēng)陰干；人工干燥法包括高溫干燥法、鼓風(fēng)干燥箱干燥法和干燥劑干燥法。由于本試驗組后期要對壓塊后飼草進(jìn)行營養(yǎng)成分測定，所以排除干燥劑干燥法。考慮操作難易程度及成本，采用自然通風(fēng)曬干(晴朗天氣)與鼓風(fēng)干燥(陰雨潮濕天氣)相結(jié)合的方法進(jìn)行干草制備。

1.1.3 試驗儀器 課題組對上述兩種南方林下飼草壓塊均采用萍鄉(xiāng)九州精密壓塊有限公司生產(chǎn)的Y33 — 50型500kN四柱油壓機(jī)，主缸公稱力500 kN，液體最大工作壓力20MPa,額定電壓380V，額定頻率50Hz，控制電路為交流220V，指示燈電路為6.3V,電磁閥控制電壓為交流220V。含水率的測定采用MYE — 2070M型海爾家用微波爐，額定電壓220V，額定頻率50Hz,微波爐輸入功率1080W，輸出功率700W，振蕩頻率2450 MHz，能效等級為4級[7]。鼓風(fēng)干燥時采用ZXFD — A5040曲線控制十段編程鼓風(fēng)干燥箱，額定電壓220V，額定頻率50/60Hz，電源功率700 W，溫度范圍為環(huán)境溫度+5℃至+200℃，溫度波動度≤±1℃，溫度分辨精度0.1℃。

1.2壓塊影響因素研究

對干草飼料進(jìn)行壓縮貯藏能較好的解決草物料體積松散、容易變質(zhì)且季節(jié)性強(qiáng)的特點,使草料得以有效保存、運(yùn)輸和持續(xù)供應(yīng)。西德學(xué)者斯卡威特(Skalweit)(1938)最早開始進(jìn)行了試驗研究[8],本課題組分別探究了不同飼草壓塊時不同壓塊因素對草塊的影響,并通過實驗得出了百喜草和三葉草兩種林下飼草的最優(yōu)壓塊含水率范圍、壓強(qiáng)、壓塊溫度和保壓時間。

1.2.1 含水率范圍的確定 在飼草的壓塊參數(shù)中，飼草含水率是飼草壓塊成功與否的關(guān)鍵性因素之一。內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)李旭英等[9]對可壓塊飼草的含水率范圍進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)含水率小于20%或者大于60%時苜蓿飼草無法壓塊成形。即只有在一定含水率范圍內(nèi)飼草才能壓塊成形，含水率過低則會造成無法成形或成形塊松散及成形塊周邊松散，易散開，無法搬運(yùn)或移動；含水率過高則會造成草內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)流出且不易成形，熱壓時還易糊化。課題組分別對冷壓(常溫)和熱壓(70℃)下三葉草和百喜草的可壓含水率范圍進(jìn)行實驗，發(fā)現(xiàn)兩種飼草可壓含水率范圍略有不同，三葉草在熱壓及冷壓時均易成形，成形草塊軟硬適中，緊實美觀，可壓范圍廣。而百喜草相對較難成形，可壓含水率范圍較小且成形后形狀難以持久。在冷壓和熱壓的范圍區(qū)分上，兩種飼草表現(xiàn)一致，即當(dāng)飼草含水率較低時熱壓更易成型，但含水率較高時熱壓則會造成出汁、糊化、與模具粘連，導(dǎo)致壓塊失敗。三葉草和百喜草的可壓含水率范圍詳見表1。

表1 不同飼草可壓含水率范圍Tab1 Compressiblemoisturecontentrangefordifferentforage(%)飼草及其壓制類別三葉草(冷壓)百喜草(冷壓)三葉草(熱壓)百喜草(熱壓)可壓含水率范圍20～3820～3515～3518～30

1.2.2 壓塊溫度的設(shè)定 飼草壓塊過程中，高溫(70～100℃)不僅可以加速飼草中木質(zhì)素的軟化，還可以加速應(yīng)力松弛。高溫可以引起永久的粘塑性變形，還可以增強(qiáng)物料的塑性和流動性，使物料粒子更易結(jié)合成形[10]。但是高溫會使得部分蛋白質(zhì)變性，芳香性氨基酸損失嚴(yán)重，從而影響飼草的體內(nèi)消化率和適口性。因此，在壓塊時需選用合適壓塊溫度以使飼草壓塊較易成形且草料營養(yǎng)物質(zhì)得以最大限度保存。實驗證實，三葉草低溫時易成形，壓塊溫度可設(shè)置為常溫或70℃均可。百喜草纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，成形后易松散，可將壓塊溫度設(shè)置為70～80℃。

1.2.3 壓強(qiáng)的設(shè)定 實驗選用Y33 — 50型500kN四柱油壓機(jī)。壓強(qiáng)的設(shè)定即草飼料表面積所受最大壓力的設(shè)定，壓強(qiáng)的設(shè)定也是影響草物料壓塊成形與否的關(guān)鍵因素之一[3]。壓強(qiáng)設(shè)定較低時不易成形或成形后[10]松散，不利于保存及運(yùn)輸。壓強(qiáng)設(shè)定較高時草塊密度大，更易成形，但貯藏時高密度草塊內(nèi)部溫度較高易滋生霉菌，且耗能高，不符合綠色生產(chǎn)。經(jīng)實驗，三葉草壓強(qiáng)可設(shè)定為12～15MPa,百喜草壓塊時壓強(qiáng)可設(shè)定為15～20MPa。

1.2.4 保壓時間的設(shè)定 保壓時間設(shè)定為30～100s。

1.3不同飼草塊營養(yǎng)價值分析

1.3.1 評價指標(biāo) 1860年，德國的Hennerberg和Stohmann創(chuàng)立了包括水分(H2O)、灰分(CA)、粗蛋白(CP)、粗脂肪(EE)、粗纖維(CF) 與無氮浸出物(NFE)6種營養(yǎng)素的概略養(yǎng)分分析法[11]，并沿用至今。在這種體系下，還可以計算草飼料的總可消化養(yǎng)分(TDN)。本文采用概略養(yǎng)分分析法結(jié)合草飼料中的礦物質(zhì)鈣(Ca)和磷(P)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)來綜合評價草飼料的營養(yǎng)價值。

1.3.2 測定方法

(1) 樣品獲取

新鮮飼草經(jīng)干燥后，壓成直徑為200mm的圓形壓塊，見圖1。壓塊機(jī)參數(shù)設(shè)置為壓強(qiáng)15MPa，溫度70℃，保壓時間90s，將草餅放入烘干箱中烘干至含水率小于10%后制取分析樣品。

(2) 營養(yǎng)物質(zhì)測定方法

干物質(zhì)(DM)和水(H2O)的測定：將樣品烘干至恒重，測定干重，計算干物質(zhì)和水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。鈣(Ca)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用高錳酸鉀滴定法測定，磷(P)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用鉬黃比色法測定[12]，灰分(CA)的測定采用馬沸爐550℃煅燒法，粗纖維(CF)的測定采用GB/T6434 — 2006過濾法[13-14]，粗蛋白(CP)利用FOSSKjeltec 8400 全自動凱氏定氮儀進(jìn)行測定，粗脂肪(EE)采用索氏脂肪提取法測定。無氮浸出物(NFE)的計算方法見公式(1)：

a.三葉草壓塊

b.百喜草壓塊

圖1飼草壓塊

Fig.1Foragegrassblocks

(1)

總可消化營養(yǎng)成分采用修奈達(dá)氏(SCHNEDER)方法[15]，用飼料成分的分析值求總消化營養(yǎng)成分(TDN)。TDN 的計算方法見公式(2)：

Y=c+b1×X1+b2×X2+b3×X3+b4×X4

(2)

式中:Y——總消化養(yǎng)分(TDN)；X——X1,X2,X3,X4分別代表干物質(zhì)中CP、CF、EE、NFE的百分含量；c——常數(shù)；b1,b2,b3,b4分別代表 CP、CF、EE、NFE所對應(yīng)的系數(shù)，見表2。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)處理采用Excel 2007與Ansys11.0進(jìn)行統(tǒng)計分析。

表2 公式(2)的系數(shù)含義Tab2 MeaningofcoefficientinEq2系數(shù)名稱常數(shù)(c)粗蛋白(b1)粗纖維(b2)粗脂肪(b3)無氮浸出(b4)數(shù)值2008-1182-26160-0949

2 結(jié)果與分析

2.1三葉草與百喜草壓塊影響因素效果分析

在設(shè)定的保壓時間30～100s內(nèi)，保壓時間越長，草塊密度越大，保壓時間過短則成形后形形狀不能持久；實驗還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)保壓時間≥120s時，草塊密度不再變化；而保壓時間<30s時草塊松軟，邊緣蓬松，壓塊失效。結(jié)合試驗組實驗數(shù)據(jù)綜合分析，三葉草最佳壓塊溫度為常溫70℃，最佳壓強(qiáng)范圍為12～15MPa，最優(yōu)保壓時間為60～90s,而百喜草的最佳壓塊溫度為70℃，最佳壓強(qiáng)為15～20MPa，保壓時間為80～100s。

2.2壓塊后三葉草與百喜草營養(yǎng)價值對比檢測

在礦物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)中，三葉草鈣(Ca)、磷(P)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著高于百喜草,分別高0.98%和0.20%,其中,兩種飼草鈣(Ca)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著高于磷(P)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。概略養(yǎng)分上，三葉草粗脂肪(EE)質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于百喜草,分別占干物質(zhì)(DM)的2.91%和0.1%；灰分(CA)質(zhì)量分?jǐn)?shù)三葉草高于百喜草39.52%；三葉草粗蛋白(CP)質(zhì)量分?jǐn)?shù)更是顯著高于百喜草,高出比例占干物質(zhì)(DM)的17.21%,且百喜草粗蛋白(CP)質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為6.29%；粗纖維(CF)質(zhì)量分?jǐn)?shù)百喜草顯著高于三葉草,分別占干物質(zhì)(DM)的33.8%和18.9%。因此,根據(jù)公式

表3 三葉草與百喜草壓塊后營養(yǎng)物質(zhì)對比Tab3 Nutritivevalueofthecloverandsweetpotatovine營養(yǎng)成分三葉草百喜草H2O752578DM9348937Ca(DM%)130032P(DM%)023003EE(DM%)29101CF(DM%)189338CA(DM%)124715CP(DM%)235629NFE(DM%)42295266TDN(DM%)83455497

(1)可得出三葉草與百喜草的無氮浸出物(NFE)分別為42.29%和52.66%,根據(jù)公式(2)可得出三葉草與百喜草的總消化營養(yǎng)成分(TDN)分別為83.45%和54.97%。由此可見，三葉草的礦物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)及飼養(yǎng)價值均顯著高于百喜草,所以應(yīng)盡量選用三葉草代替百喜草進(jìn)行飼喂，與此同時，該實驗可以為不同喂飼對象優(yōu)化喂飼配方提供實驗依據(jù)。

3 結(jié)論

(1) 飼草壓塊時，不同飼草的可壓塊含水率范圍不同，冷壓和熱壓時適用含水率范圍也不同,三葉草可壓塊含水率范圍大于百喜草。三葉草最佳壓塊溫度為常溫70℃，最佳壓強(qiáng)范圍為12～15MPa，最優(yōu)保壓時間為60～90s,而百喜草的最佳壓塊溫度為70℃，最佳壓強(qiáng)為15～20MPa，保壓時間為80～100s；

(2) 百喜草礦物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)略高于三葉草,但三葉草總消化營養(yǎng)成分(TDN)顯著高于百喜草,因此從飼養(yǎng)價值上看,三葉草優(yōu)于百喜草；

(3) 從可壓性及營養(yǎng)成分綜合考慮，三葉草不僅易成型，且營養(yǎng)價值高，最適合用于飼草及其壓塊生產(chǎn)。百喜草相對較難成形,且飼養(yǎng)價值偏低。不過，百喜草的畝產(chǎn)量比三葉草要高，種植成本較低且易于生長期的打理。林農(nóng)可因地制宜組織生產(chǎn)。

[1] 龐革平，謝振華.廣西林農(nóng)不砍樹也能致富[N].人民日報，2011-11-14(16).

[2] 龐革平，謝振華.廣西林農(nóng)不砍樹也能致富[N].人民日報，2012-03-10.

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(文字編校：楊 駿)

Briquettingfactorsandnutritionalvalueanalysisofunderstorycloverandbahiagrass

FENG Yan1, LI Zhongyi1, CHEN Lili2, DING Ke1,ZHANG Dangquan2, LUO Yingshe1*

(1.Hunan Province Key Laboratory of Engineering Rheology， Central South University of Forestry and Technology， Changsha 410004， China;2.Provincial Key Laboratory of Forestry Biotechnology, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, China)

Southern understory forage, as a new economic model, have achieved the sustainable development and rational use of energy resources and forestry. Understory forage briquetting is not only suitable for storage, transport and commercialization， but also beneficial to the quality of hay and income increases of farmers. This paper explored the different briquetting factors and nutritional value in clover and bahia grass. The experiments showed that the best briquetting holding time for clover was 60s to 90s,while bahia grass was 80s to 100s, and the clover was better than bahia grass on feeding value.

understory forage; briquetting; factors; nutritional value

2014-10-31

國家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(201204610)；湖南省科學(xué)技術(shù)廳科技計劃重點項目(2014NK2005)。

馮 燕(1988-)，女，河南省駐馬店市人，碩士研究生，主要從事工程流變學(xué)理論及其應(yīng)用研究

*為通訊作者

S 541.2；S 543.9

A

1003 — 5710(2014)06 — 0057 — 04

10. 3969/j. issn. 1003 — 5710. 2014. 06. 015